Типы печей
В настоящее время МКИ в основном выпекают в конвейерных печах, но многие мелкие производители выпекают изделия на противнях, помещаемых в стационарную печь, которая может быть одного из следующих типов:
1. с установкой противней на неподвижный под печи с помощью пекарской лопаты или одной пластины;
2. конвейерная люлечная печь, в которой противни помещаются на платформы, вращающиеся в горизонтальной плоскости при закрытой печи;
3. ярусная печь, где противни помещаются на стеллажи, которые затем вкатывают в печь и вращают в вертикальной плоскости при закрытой печи.
Большинство печей для обеспечения равномерного распределения тепла обычно предусматривают принудительную конвекцию.
Имеется сообщение о конвейерной печи, построенной в 1810 г., в которой использовалась движущаяся лента из проволочной сетки, но она оказалась неудачной. Тем не менее конвейерные печи в Великобритании были внедрены на фабриках печенья примерно в 1849-1851 гг., но почти до конца столетия они не получили широкого распространения.
Туннельные печи примерно до 1950-х гг. оставались относительно короткими. В 1972 г. появились конвейерные печи длиной около 19 м. Первоначально в роли ленты пода выступали цепи, на которые помещались противни, которые после выхода из печи снимали. Позднее, когда стал доступен длинный стальной прокат (в начале 1930- х гг.), были внедрены непрерывные ленты. С начала эти ленты были только стальными шириной около 600 мм, но вскоре стандартной стала ширина 32 дюйма (около 800 мм), и для некоторых изделий стали применять проволочные сетки различных форм. В настоящее время стандартной является ширина 1000 или 1200 мм, причем применяются и еще более широкие ленты.
В первых печах внутренняя облицовка огнеупорным кирпичом позволяла запасать значительное количество тепла, которое помогало уменьшить изменения температуры печи при «порционном» движении изделий. Для нагрева этих кирпичей требовалось некоторое время, когда печь зажигалась, и длительное время — для охлаждения, то есть при увеличении и снижении нагрева наблюдалась значительная инерция. Поэтому выпечка регулировалась в основном путем изменения длительности. При этом важным было то, что значительное количество тепла могло быть передано изделию в печи при небольшой конвективности. Печи с внутренней облицовкой кирпичом в настоящее время встречаются очень редко. Переход к более легким конструкциям, изолированным минеральной ватой или стекловолокном, с повышенной конвективностью для улучшения передачи тепла от газовой горелки или горячих каналов позволил снизить стоимость печей и значительно улучшить регулирование температуры в печи.
Вопрос идеальной конструкции печи для выпечки длительное время был предметом споров и предпринимались многочисленные попытки создать математические модели теплораспределения в печи. То, что существует много конструкций, каждая из которых называется лучшей, наводит на мысль о том, что мы еще не пришли к оптимальной конструкции. Сложности обусловлены в основном невозможностью измерения температуры тестовой заготовки в печи или микроклимата вокруг нее. До сих пор точно не известна роль тепла, поступающего к изделию в виде излучения и путем конвекции. Некоторое регулирование величины подъема изделия может быть достигнуто с помощью изменения условий в первой части печи, но величина этих изменений и оптимальные параметры для каждого типа печенья еще далеко не определены. Необходимы более тщательные измерения условий в печи и параметров изделий, получаемых в этих условиях.
Существуют печи для выпечки МКИ, работающие на различных видах топлива (газах и нефтепродуктах различного качества) и электрические печи, рассеивающие тепло непосредственно или косвенно в печную камеру. Для прямого нагрева атмосферы печи можно использовать только газ, светлые нефтепродукты с низким содержанием серы и электричество. Тепло от других нефтепродуктов должно передаваться косвенным путем через теплообменники.
Основные типы систем нагрева печей для печенья
В печах с прямым газовым нагревом (DGF, Digest Gas Fired) над и под лентой пода расположено много ленточных горелок. К каждой горелке подается карбюрированный газ и воздух, причем давление этой смеси определяет выделяемую мощность. Для обеспечения равномерного нагрева поперек ленты существуют различные устройства регулирования размера пламени. DGF-печи могут быть оснащены дополнительной системой формирования воздушных потоков, которая повышает скорость теплообмена. Верх печной камеры обычно низок, и горелки располагаются как можно ближе к ленте пода. Это означает, что значительную долю достигающего изделия тепла составляет лучистое тепло. Электрические печи подобны DGF-печам, но нагреватели в них электрические.
Печи прямого действия с принудительной конвекцией. В каждой зоне печи имеется большой нагреватель, а продукты горения подают в смесительные камеры, расположенные над и под лентой. Возможно регулирование скорости продува и соотношения горячего воздуха, циркулирующего выше и ниже ленты. Для поддержания равномерных воздушных потоков свод печной камеры обычно выше, чем в печи с прямым газовым нагревом. Это означает, что в печах с принудительной конвекцией доля лучистого тепла в общей теплопередаче меньше, но условия теплопередачи и температурные условия поперек печной камеры более однородны.
Печи конвективно-излучательного действия. Горячие газы от горелки данной зоны проходят через трубы, расположенные над и под лентой, а затем выпускаются через другие трубы и проходят над первыми трубами в направлении ленты. Первые трубы излучают на печенье тепло, а затем вышедший из них воздух создает конвекционные потоки воздуха. Для максимизации действия излучения излучающие трубы располагают как можно ближе к ленте.
Печи косвенного действия с принудительной конвекцией аналогичны печам прямого действия с принудительной конвекцией, но здесь теплообменник, расположенный рядом с нагревателем данной зоны, нагревает воздух, проходящий через смесительные камеры в печной камере.
Печь косвенного действия (Cyclotherm). Горячие газы проходят через трубы над и под лентой и возвращаются обратно к нагревателю. Продукты горения проходят в печную камеру. В печной камере и над горячими трубами предусмотрена отдельная система циркуляции воздуха.
Эти печи представляют собой комбинацию двух описанных выше типов. Широко распространенная печь смешанного действия состоит из первой зоны с прямым газовым нагревом и последующих двух или более зон с принудительной конвекцией. Принцип работы заключается в выделении в начале выпечки максимальной мощности и большого количества лучистого тепла, а затем в обеспечении большого количества тепла путем конвекции в той части печи, где происходит сушка.
Если продукты горения выделяются в атмосферу печи, в ней значительно увеличивается количество водяного пара, и возникает необходимость увеличения отвода из камеры. В печах всегда предусматривается возможность регулирования количества тепла, выделяемого в каждой зоне печи, а также соотношения количества тепла, подаваемого сверху и снизу изделия.
Печи с косвенным нагревом обычно разделены по длине на большие зоны и оснащены несколькими большими нагревателями. Печи с прямым нагревом обычно оснащены большим количеством небольших нагревателей, для регулирования режимов сгруппированных в аналогичных больших зонах печи. В таких печах отдельные нагреватели (как над лентой, так и под ней) можно отключать. Для регулирования и перенаправления горячих газов в различные части печной камеры или по воздуховодам в атмосферу в печи предусмотрены заслонки. Кроме печей с прямым и косвенным нагревом, существуют конструкции с усиленной конвекцией или тепловым излучением. В последовательно расположенных зонах может быть обеспечено преобладание какого-либо типа теплопередачи, а печи смешанного действия в различных зонах могут использовать различные источники тепла (например, электрических излучающих панелей).
Печи всех типов обычно имеют множество контрольных точек, предоставляющих огромный диапазон возможностей, но затрудняющих выбор. Во многих случаях проблема усугубляется тем, что средства регулирования калиброваны довольно грубо и расположены по всей длине печи. Например, на выходном воздуховоде может быть просто установлена заслонка. Рычаг, поворачивающий эту заслонку для регулирования проходящего по воздуховоду количества газа, может иметь линейную шкалу, градуированную от 0 до 10, но при значениях от 0 до 5 выход может составлять примерно 10-80%, а при значениях от 5 до10 — примерно 80-100%.
Количество независимо контролируемых зон и их длина в идеале должны быть сконструированы так, чтобы соответствовать виду выпекаемого изделия и времени, в течение которого изделие находится в определенной зоне. Для упрощения конструирования и снижения производственных затрат обычно все зоны делают одинаковой длины, а мощность, подводимая к каждой из них, различается. Первые зоны должны иметь максимальную мощность, так как именно здесь должна быть нагрета лента пода, а тестовые заготовки доведены до температуры начала удаления влаги.
Горячие газы из пекарной камеры поднимаются по воздуховодам за счет естественной конвекции, но обычно дополнительно используют вентилятор. Тем не менее наружная температура, скорость и направление ветра влияют на скорость выхода газов из воздуховода. Движение горячих газов в печной камере важно для равномерности теплопередачи, и при этом интересно, что, насколько известно автору, нигде в печах с прямым подогревом не предусмотрен отвод (дымовых) газов и сверху, и снизу. Даже в случае принудительного отвода всегда предполагается, что горячие газы должны отводиться сверху печной камеры, что, к сожалению, зачастую влияет на движение воздуха и теплопередачу по краям ленты пода.
Производительность печи определяется ее длиной и длительностью выпечки, необходимой для получения изделия с нужной структурой, цветом и влагосодержанием. Для большинства изделий скорость выпечки определяется временем, необходимым для их удовлетворительного высушивания. Для весьма ориентировочных расчетов можно
использовать следующие загрузки для различных видов теста при условии выбора соответствующей мощности в печи:
тесто проволочной резки песочное тесто полусладкое тесто тесто для сливочных крекеров тесто для содовых крекеров
16-18 кг/час/м2 ленты; 18-20 кг/час/м2 ленты; 16-22 кг/час/м2 ленты; -22 кг/час/м2 ленты;
22-25 кг/час/м2 ленты.
Эффективность печи может быть вычислена на основе измерений количества топлива с известной теплотворной способностью, сгорающего за заданный период, потерь массы за счет испарения воды и увеличения температуры ингредиентов изделий.
Для удовлетворительной выпечки крекеров и печенья на воде печи с косвенным подогревом обычно не обладают достаточной мощностью в первой зоне. Чтобы сделать их более универсальными, эти печи можно дополнить прямым газовым нагревом или электрическими элементами.
Ленты пода обычно имеют ширину 800,1000 и 1200 мм, хотя у них могут быть и другие размеры. Существуют различные типы лент, обладающие разной степенью открытости, весом и сроком службы (рис. 38.4). Ленты из листовой стали могут быть толщиной 1,2 или 1,3 мм с массой квадратного метра около 9 кг. Существуют перфорированные стальные ленты с отверстиями заданного диаметра — они дороги, но при прочности и долговечности сплошных стальных лент обладают улучшенной вентиляцией основания изделия. Существуют также разнообразные проволочные ленты — от очень легких с квадратным отверстием сетки (например, 5 х 5 и др., где числа указывают количество переплетений на дюйм, с массой квадратного метра около 3,5 кг), до петлевых проволочных, обеспечивающих лучшую поддержку изделия, улучшенную долговечность и большую гибкость на конечных валах. Тяжелые уплощенные проволочные сетки с шевронным переплетением обладают максимальной для лент массой квадратного метра — около 19 кг. Эти ленты особенно популярны в США, но следует учитывать, что для нагрева ленты у загрузочного отверстия печи требуется большая мощность. Подготовку лент к работе и уход за ними мы рассмотрим в следующем разделе.
На концах печи имеются конечные валы. На выходе печи вал оснащен приводом, а на загрузочном конце имеется натяжное устройство, удерживающее ленту натянутой, но не настолько тугой, чтобы она повреждалась (особенно это касается легких проволочных лент). Диаметр этих валов достаточен, чтобы ленты и их соединения при изгибании не были натянуты, а их оси валов для облегчения регулирования могли быть наклонены. Для предотвращения скольжения иногда необходимо покрывать ведущий вал волокнистым жароупорным материалом. Ленты в печи поддерживаются на металлических или графитовых полозах или валках, которые для предотвращения значительного провисания ленты между ними расположены достаточно близко.
Расстояние, на которое лента пода выходит за границы печной камеры с каждой стороны, зависит от того, каким способом продукт помещается на ленту, а также от того, какое охлаждение требуется перед съемом изделий. Отсадные или разрезанные проволокой изделия требуют на вводе значительного пространства для размещения над лентой формующего оборудования. Изделия с большим содержанием сахара или тонкие изящные изделия требуют длинного выхода — возможно, с подачей воздуха при помощи вентилятора или разбрызгивания воды под лентой, чтобы дать изделиям затвердеть перед их съемом с ленты.
Выпускаются печи длиной примерно до 150 м, однако средняя длина печи составляет около 60 м при производительности около 1,2 т печенья в час или около 100 двухсотграммовых упаковок в минуту.
Изделия снимаются с ленты при помощи специального ножа, который должен позволять чисто снимать изделия и переносить их с минимальным нарушением относительного расположения. Это обеспечивает хорошую подачу на упаковочную машину или на последующую обработку изделий. Снимающий нож может представлять собой тонкое лезвие из стали или твердого синтетического материала или проволочный скребок; для съема разных изделий используются разные виды снимающих ножей. Печенье с малым содержанием жира к моменту съема обычно довольно жесткое, и поэтому нож может располагаться немного ниже изгиба ленты, проходящей вокруг ведущего вала; более гибкие виды печенья в некоторых случаях должны сниматься совершенно плоскими ножами (для предотвращения поперечного растрескивания). Важно, чтобы нож не повреждал и не царапал поверхность ленты. Чистка ленты для удаления запекшихся на ней частиц или жира — это отдельная, выполняемая позже операция, на которой мы остановимся в разделе 38.6.3.
С учетом растущей озабоченности экономией энергии были разработаны схемы утилизации некоторой части низкопотенциального тепла, теряемого в воздуховодах печи. Основная проблема при этом заключается в том, что выходящие газы характеризуются высокой влажностью и могут содержать много щелочных и смолистых материалов (производных серосодержащих соединений топлива и продуктов разложения химических разрыхлителей печенья, например, гидрокарбоната аммония, и летучих фракций присутствующих в тесте жиров).
Останні коментарі